本实用新型专利技术公开了一种基于全反射原理的光学元件激光预处理装置，具体是将激光光束从透明光学元件的一侧面入射到透明光学元件内部并照射到透明光学元件前表面的处理点1，在处理点1处，激光光束的入射角度满足光学全反射条件，经由全反射反射至元件后表面的处理点2处，依此类推，激光光束在元件内部前后表面之间进行多次全反射，直至最后从透明光学元件另一侧面出射。本实用新型专利技术利用激光光束在透明光学元件样品内部进行多次全反射来回收激光能量并重复利用，并且同时对光学元件前亚表面、后亚表面、前后表面以及体内特性进行并行处理，从而大幅提高激光预处理的速度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
Laser pretreatment device for optical element based on total reflection principle
The utility model discloses a laser processing device of optical elements based on total reflection principle, in particular the laser beam from one side of the incident optical element to transparent optical elements and exposure to the processing point of a transparent optical element surface before 1, in 1, the incident angle of the laser beam meet the optical total the reflection condition, through the full reflection to the element after the surface treatment of 2, and so on, the laser beam of multiple total reflection between the internal components before and after surface, until finally from a transparent optical element, another side shooting. The utility model adopts the laser beam in a transparent optical element inside the sample number of total reflection to the laser energy recovery and reuse, and at the same time on the sub surface, sub surface, surface and body characteristics before and after optical components before parallel processing, in order to improve the speed of laser pretreatment.
【技术实现步骤摘要】
基于全反射原理的光学元件激光预处理装置
本技术涉及光学材料激光预处理领域，具体是一种基于全反射原理的光学元件激光预处理装置。
技术介绍
近年来，随着激光技术及其应用的快速发展，特别是激光输出能量和功率水平的大幅提高，对各类光学元件的光学性能，如吸收特性、缺陷分布及抗激光破坏能力等的要求也越来越高。一些大型激光系统对其光学元件的要求越来越接近现有加工技术的极限，因此仅仅从传统的元件加工方法和加工工艺上来进行改进以提高光学元件的光学性能不仅在技术上变得越来越困难，而且成本也变得非常昂贵，难以满足科学研究及大规模应用的要求。通过激光预处理来提高光学元件的光学性能，特别是其抗激光损伤能力，是一种行之有效的方法。激光预处理技术通常是采用功率密度或能量密度低于光学元件损伤阈值的激光束(亚阈值激光束)对光学元件进行100%覆盖的辐照处理。激光预处理能够有效清除光学元件表面和亚表面缺陷以及元件表面的污染，从而加大幅度提高元件的激光损伤阈值。在一些大型及超大型激光系统中常用的透明光学材料主要有熔融石英(FusedSilica)、KDP晶体等。这些材料在实际应用中，其元件表面污染、表面和亚表面缺陷、以及材料体内缺陷等，都是潜在的降低元件抗激光能力的因素。因此根据具体的情况，对表面、亚表面、以及整个元件的通光体积都进行激光预处理能够较大幅度提高相关原件的激光损伤阈值。在激光预处理过程中，为了达到更好的处理效果，一般需要采用强度依次增加的激光束对样品进行多次辐照处理，并且根据具体元件特点要对初始处理的激光强度以及所有后续处理的激光强度等进行合理的控制。此外，由于在超大型强激光系统中的光学元件的损伤阈值要求较高，因此对其进行亚阈值激光预处理需要使用较高的功率或能量密度。这样一来，利用普通工业商用激光器进行激光预处理，通常需要将光束聚焦成比较小的光斑尺寸才能满足激光亚阈值预处理所需要的激光功率或能量密度水平。而对样品100%覆盖的辐照是通过对样品进行逐点扫描来实现的。由于以上原因，激光预处理工艺通常既费时又昂贵，特别是对超大型强激光系统中所需要的光学元件，由于其光学口径相对很大，激光预处理技术相对更为缓慢和昂贵。以一个口径0.5米X 0.5米的光学元件为例，如果预处理光斑面积为是I毫米X I毫米，激光器的重复频率为10 Hz,则对其单表面全覆盖辐照一次就需费时约7个小时。如果工艺要求在5个不同能量水平进行处理，则对其单表面处理完毕将费时35个小时。如果把元件两个表面都处理完毕，直接扫描时间将费时70小时，如果要进行材料体内处理，耗时将会更长。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种基于全反射原理的光学元件激光预处理装置，解决现有的激光预处理技术对于提高大口径光学元件激光损伤阈值过程中因为耗时过长而不能满足实际使用要求的问题，本技术利用激光束在透明光学元件样品内部进行多次全反射来回收激光能量并重复利用，并且同时对透明光学元件前亚表面、后亚表面、前后表面以及体内特性进行并行处理，从而能够大幅提高激光预处理的速度。本技术的技术方案为:基于全反射原理的光学元件激光预处理装置，包括有激光光源、设置于激光光源的后端和透明光学元件一侧面之间的激光能量调整控制装置、激光光束整形处理装置、激光光束分光楔板光束角度调整装置，激光光束分光楔板的第一反射输出端后设置有CCD成像装置，其第二反射输出端后设置有分光装置，分光装置的两分光输出端后分别设置有光电探测器和激光能量测量装置。所述的基于全反射原理的光学元件激光预处理装置还包括有相对透明光学元件另一侧面设置的激光光束吸收装置。所述的光学角度调整装置选用激光高反镜，所述的激光高反镜固定于激光高反镜装夹调整装置上。在实际应用中样品材料的微弱吸收以及在全反射界面的能量损失会使处理激光束能量随着重复利用次数的增加而逐渐减少，但是这种减少是缓慢的，在一定程度上不会对处理结果造成显著影响。例如，假设样品在界面每反射一次其能量损失率为0.2%，则经过N次反射后，其能量与初始激光束能量的比值为(1-0.1%) 'N (当N=IO时，该值为98%)。本技术的优点:(I)、本技术的激光光束在样品内部多次全反射后能量或功率水平基本保持不变，这样就相当于对元件样品表面的多个处理点以及内部激光光束经过的区域进行了同一激光能量下的并行处理，大大提高了激光预处理的速度；(2)、在全反射条件下，在透明光学元件内部对材料进行激光预处理，除了同时处理了前亚表面、后亚表面以及体内特性外，还通过在全内反射条件下越过界面的倏逝波对内表面另一侧的外表面污染及缺陷进行了预处理；(3)、本技术采用如图2和图4所示的扫描方式对整个样品进行扫描处理。如图2所示，激光束从样品侧面最上端入射进入到样品内部，并通过全反射依次经过样品两个表面的处理点I至处理点N。首先样品相对激光进行横向扫描,一次扫描完成后,样品前表面和后表面上将同时形成N条已经处理的光斑覆盖区域，并且样品内部激光束经过的区域也同时得到了处理。将样品相对激光束的横向扫描与入射激光束在保持入射角度不变的情况下沿样品侧面的扫描(从样品侧面最上端至最下端)结合，完成这样一次二维扫描后，将对样品表面和内部的如图2中所显示的阴影区域都进行了处理。再改变激光束的入射方向，如图4所示，激光束从如图2中所示激光束入射方向相对侧面法线对称的方向入射，再重复如图2中的二维扫描，就可以完成对样品表面和内部100%覆盖的辐照处理。而普通的激光预处理装置通常是让激光束汇聚到样品前表面上，样品相对激光横向扫描一次完成后，激光只在该表面上形成一条已经处理的光斑覆盖区域。处理完一个表面后，还需要重复对另一个表面进行扫描处理。经过比较，可以看出，采用本技术的方法，可以将样品表面的预处理速度提高N倍；以KDP晶体为例，它的全反射临界角大约为42度，假设入射到样品表面的激光束的入射角为50度，对一个幅面为0.5米X0.5米、厚度为5厘米的元件，计算表明，激光束可以在样品内部反射8次，意味着单件元件的处理速度可以提高8倍；(4)、由样品另一侧面出射的激光束虽然经过多次全反射，其总能量损耗还是可以比较小的，可以重复回收利用，经过适当的光路调整将出射后的激光光束再次射到另一元件上(见图5)，利用同样的全反射原理对另一元件进行能量或功率密度相对较低的辐照处理；激光在经过一个元件后能量损耗很低，因此可以重复利用多次，如果重复利用5次，相当于把预处理速度提高5N倍。本技术利用激光光束在透明光学元件样品内部进行多次全反射来回收激光能量并重复利用，并且同时对光学元件前亚表面、后亚表面、前后表面以及体内特性进行并行处理，从而能够大幅提高激光预处理的速度，且同时可以大幅提高对普通中小口径光学元件预处理速度和效率，从而大幅降低激光预处理的成本，有利于相关技术的进一步推广和应用。本技术特别适用于超大型激光系统中熔融石英和KDP晶体的激光预处理。附图说明图1是本技术的的原理示意图。图2是采用本技术进行全反射激光预处理的扫描示意图一。图3是透明光学元件采用图2进行全反射激光预处理后其前表面的扫描示意图。图4是采用本技术进行全反射激光预处理的扫描示意图二。图5是本技术激光光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于全反射原理的光学元件激光预处理装置，包括有激光光源，其特征在于：还包括有依次设置于激光光源的后端和透明光学元件一侧面之间的激光能量调整控制装置、激光光束整形处理装置、激光光束分光楔板光束角度调整装置，激光光束分光楔板的第一反射输出端后设置有CCD成像装置，其第二反射输出端后设置有分光装置，分光装置的两分光输出端后分别设置有光电探测器和激光能量测量装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴周令，陈坚，吴令奇，
申请(专利权)人：合肥知常光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：
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